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螺栓扳手按工作方式可分为两类：第一类为冲击式扳手，第二类为静扭矩扳手。前者具有效率高、结构简单的优点，但扭矩不可控，震动较大；后者具有扭矩可控可靠性高的优点，但结构复杂，所需功率较大。
经过以上两种工作方式对比，在考察了国内外一些螺栓扳手同时结合目前线路维修的实际情况，我们决定双头内燃螺栓扳手采用静扭工作方式。
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毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化专业 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： 行星齿轮减速器设计方法研究 2008（ 09） 附 件： 1. 原文 ； 2. 译文 2013 年 3 月 采用表面微加工技术制造微型行星齿轮减速器 摘要： 本文提出一个微型行星齿轮机构具有较高的齿轮减速比紧凑的尺寸。首脑会议采用 V 是被淘汰的制造方法，使组装部件的冗余。其中的设计规则也被检查。为了充分利用表面微机械加工的好处，行星式减速齿轮的设计，对使用的片上微引擎。计算预期的齿轮减速比，并与以往的链齿轮机构相比。本文介绍的微型行星齿轮机构，预计将有 162:1 的减速比利用更小的空间消耗。这是一个数量级高于先前报道的设计在一个单一的减速齿轮系。 关键词： 星齿轮，减速齿轮表面微机械，首脑会议的 V 过程。 1 什么是减速器 减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。 降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速器额定扭矩。减速同時降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。 一般的减速器有斜齿轮减速器 (包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等 )、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星 摩擦式机械无级变速机等等。 轮蜗杆减速器 主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。 波减速器 谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。 星减速器 其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大 。但价格略贵一、对装配前零件的要求：滚动轴承用汽油清洗，其他零件用煤油清洗。所有零件和箱体内不许有任何杂质存在。箱体内壁和齿轮（蜗轮）等未加工表面先后涂两次不被机油侵蚀的耐油漆，箱体外表面先后涂底漆和颜色油漆（按主机要求配色）；零件配合面洗净后涂以润滑油。 2 安装和调整的要求 滚动轴承安装时轴承内圈应紧贴轴肩，要求缝隙不得通过 的塞尺。 对游隙不可调整的轴承（如深沟球轴承），其轴向游隙为 游隙可调整 的轴承轴向游隙数值见表。点击查看圆锥滚子轴承轴向游隙；角接触球轴承轴向游隙。 轮）啮合的齿侧间隙 可用塞尺或压铅法。即将铅丝放在齿槽上，然后转动齿轮而压扁铅丝，测量两齿侧被压扁铅丝厚度之和即为齿侧的大小。 圆柱齿轮齿面接触斑点 2锥齿轮齿面接触斑 2杆传动接触斑点 2 3 密封要求 箱体剖分面之间不允许填任何垫片，但可以涂密封胶或水玻璃以保证密封；装配时，在拧紧箱体螺栓前，应使用 合面之间的密封性；轴伸密封处应涂以润滑脂。各密封装置应严格按要求安装。 4 润滑要求 合理确定润滑油和润滑脂类型和牌号；轴承脂润滑时，润滑脂的填充量一般为可加脂空间的 1/2；润滑油应定期更换，新减速器第一次使用时，运转 714天后换油，以后可以根据情况每隔 3到 6个月换一次油。 5 试验要求 在额定转速下正、反运转 1额定转速、额定负荷下运转，至油温平衡为止；对齿轮减速器，要求油池温升不超过 35承温升不超过 40蜗杆减速器，要求油池温升不超过 60承温升 不超过 50部试验过程中，要求运转平稳，噪声小，联接固定处不松动，各密封、结合处不松动。 6 包装和运输要求 外伸轴及其附件应涂油包装；搬运、起吊时不得使用吊环螺钉及吊耳以上技术要求不一定全部列出，有时还需另增项目，主要由设计的具体要求而定。 7 技术要求 装配前，所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，不许有任何杂物存在。内壁涂上不被机油腐蚀的涂料两次；啮合侧隙用铅丝检验不小于 丝不得大于最小侧隙的 4倍；用涂色法检验斑点。按齿高接触点不小于 40%；按齿长接触斑点 不小于 50%。必要时可用研磨或刮后研磨以便改善接触情况；应调整轴承轴向间隙： 40 为 55为 验减速器剖分面、各接触面及密封处，均不许漏油。剖分面允许涂以密封油漆或水玻璃，不允许使用任何填料；机座内装 8 下面介绍 减速器的发展现状 减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国内使用的大型减速 器（ 500多从国外（如丹麦、德国等）进口。 60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点 ?。但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于 40于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。 90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器 轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率 /体积（或重量）比值仍小。且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。北京理工大学研制成功的 内平动齿轮减速器 不仅具有三环减速器的优点外，还有着大的功率 /重量（或体积）比值，以及输入轴和输出轴在同一轴线上的优点，处于国内领先地位。国内有少数高等学校和厂矿企业对平动齿轮传动中的某些原理做些研究工作，发表过一些研究论文，在利用摆线齿轮作平动减速器开展了一些工作。 平动齿轮减速器工作原理简介 ,平动齿轮减速器是指一对齿轮传动中，一个齿 轮在平动发生器的驱动下作平面平行运动，通过齿廓间的啮合，驱动另一个齿轮作定轴减速转动，实现减速传动的作用。平动发生器可采用平行四边形机构，或正弦机构或十字滑块机构。本成果采用平行四边形机构作为平动发生器。平动发生器可以是虚拟的采用平行四边形机构，也可以是实体的采用平行四边形机构。有实用价值的平动齿轮机构为内啮合齿轮机构，因此又可以分为内齿轮作平动运动和外齿轮作平动运动两种情况。外平动齿轮减速器构，其内齿轮作平动运动，驱动外齿轮并作减速转动输出。该机构亦称三环（齿轮）减速器。由于内齿轮作平动，两曲柄中心设置在 内齿轮的齿圈外部，故其尺寸不紧凑，不能解决体积较大的问题。内平动齿轮减速，其外齿轮作平动运动，驱动内齿轮作减速转动输出。由于外齿轮作平动，两曲柄中心能设置在外齿轮的齿圈内部，大大减少了机构整体尺寸。由于内平动齿轮机构传动效率高、体积小、输入输出同轴线，故由广泛的应用前景。 本项目的技术特点 ,本新型的 内平动齿轮减速器 与国内外已有的齿轮减速器相比较，有如下特点： （ 1） 传动比范围大，自 I=10起，最大可达几千。若制作成大传动比的减速器，则更显示出本减速器的优点。 （ 2） 传递功率范围大：并可与电动机联成一体制造。 （ 3） 结构简单、体积小、重量轻。比现有的齿轮减速器减少 1/3左右。 （ 4） 机械效率高。啮合效率大于 95%，整机效率在 85%以上，且减速器的效率将不随传动比的增大而降低，这是别的许多减速器所不及的。 （ 5） 本减速器的输入轴和输出轴是在同一轴线上。本减速器与其它减速器的性能比较见表 1。因缺少数据，表中所列的各减速器的功率 /重量比是最优越的。各类减速器比较 型号 功率（ 减速比 质量（ 3 820 5 40 77 国 ) 90 300 100 30 400 注： 图 2可知， 内平动齿轮减速器 是由内齿轮 齿轮 的传动原理是：电机输入旋转运动，外齿轮作平行移动，其圆心的运动轨迹是一个圆，与之啮合的内齿轮则作定轴转动。因为外齿轮作平行移动，所以称谓平动齿轮机构。齿轮的平行移动需要有辅助机构帮助实现的，可采用（ 612副）销轴、滚子作为 虚拟辅助平动机构，也可以采用偏心轴作为实体辅助平动机构。内平动齿轮减速器的关键技术和关键工艺是组成平行四边形构件的尺寸计算及其要求的加工精度、轮齿主要参数的选择。这些因数都将影响传动的能力和传动的质量。总的说，组成本减速器的各零部件都要求有较高的精度，它们将决定着减速器的整体传动质量。 利号： 本项目自 1995年试制出第一台样机（功率 动比 I=32）后，陆续与一些厂矿合作，设计了下面几种不同功率、不同传动比的减速器： （ 1） 电动推拉门用减速器，功率 550W，传动比 I=26，与电机连成一体。 （ 2） 搅拌机用减速器，功率 370W，传动比 I=17。 （ 3） 某军品用的两种减速器，一种功率 370W，传动比 I=一种功率 370W，传动比 I=103的二级传动减速器。 （ 4） 钢厂大包回转台减速器，功率 动比 I=64。 （ 5）钢厂辊道减速器，功率 动 I=11。在本专利的基础上，已研制出一种新型超大型减速器，功率可达 1000前正在研制超小型（外型尺寸为毫米级）的微型减速器。 在微机电系统中的齿轮结构通常希望用来 在微小的体积内产生较大的扭矩。但是没有较大重量的减速器，往往是很难达到这样的目的。研究发现拥有微行星齿轮的减速机构能够在狭小的空间内增加扭矩，这好像有点自相矛盾。这是因为微行星齿轮系统能在每单位体积内产生更大的传动比。然而它的结构是如此的复杂，以至于我们很少尝试将齿轮系统微型化。 使它在直径为一寸的钢管里前后移动。他们利用一个马达来驱动高传动比的齿轮机构，通过微电线的放电加工技术能够实现这种齿轮机构的精确加工。但是这些部件应该在装配驱 动马达之前安装在齿轮箱上。 人也用这种技术制造了微行星齿轮。他们建议用特殊的含陶合金和高碳钢作为最佳选择材料。当这种齿轮系统的传动比达到 200的时候，才可以安装马达并使之驱动。为了实现用芯片的方法来实现行星齿轮的驱动，在研究中我们采用 方法来加工微行星齿轮。 过程是唯一可以实现对于总数为五层 (其中一层为地平面 )的硅中释放四层的铸造过程由于这个原因，它经常被用来通过安装在芯片上的电子执行器来驱动复杂的齿轮机构。然而 , 在许多情形 ,微电机不可能提供充足的转力矩来驱动 机械负荷 ,因为它们的静电梳的典型驱动只产生几十微牛顿的力。幸运的是 ,这些引擎能容易地达到每分钟几万转的速度。这就使将转矩转化为速度变成是可行的。罗杰等人设计了二个传动比为 12： 1的双重的水平齿轮。如此六个这样的模组的传输集合在以占据极大的空间为代价的前提下可以达到 2,985,984:1 的传动比。为了达到结构紧凑，同时达到高传动比的目的少比 , 行星齿轮系统将被作为研究对象。根据作者的认识，它将会是第一个使用表面微加工原理设计的行星齿轮结构。我们还将阐述行星齿轮的操作规则，加工过程和希望达到的行星齿轮系统的性能 。 使用齿轮传输转矩的其它可行的方法是将一个或者多个的齿轮 ,也就是 , 行星齿轮 ,在另一个齿轮的外面旋转 ,也就是太阳轮。按照传统的尺寸设计的行星齿轮减速器是使整体结构紧凑的常用的传输系统。图 1是上述的行星齿轮的示意图。自从用 计 以来 ,图（ 1）可以通过软件自动产生 (附 1)。一个完整的行星齿轮系统是由六个齿轮组成的 : 一个太阳齿轮 a，三个行星齿轮 b，一个固定的内齿圈 c,一个旋转的内齿圈 d,和一个输出齿轮 e。除了行星齿轮之外 ,每个齿轮的齿数都不相同。太阳齿轮 入齿轮，由与微引擎连接的机械手驱动。内齿圈 d,被视为输出齿轮。举例来说 ,如果机械手驱动太阳轮按照顺时针方向方向旋转 , 那么行星轮 b, 将绕着它们自己的轴按照逆时针方向宣战，同时也将绕着太阳轮按照顺时针方向的方向旋转，这样就形成了行星运动。 由于多个行星齿轮 b 和固定内齿圈 以旋转的内齿圈 也被叫做 3 加工过程和结构测试 程序的特征体现了硅层结构、电解聚乙烯 , 以及传统的集成电路处理等技术水平的四个层次。 技术尤其适 应于齿轮机构。行星齿轮机构由芯片上的微引擎驱动，而且这也是采用 技术的另一个理由。因为桑迪亚程序是一款众所周知的程序 ,所以我们只简要的作些解释。图 2是图 1的截面视图 ,也是由 1设计产生的，其中截面中的不连续的部分是为了钻孔而设置的。聚乙烯 1(灰色 )用来制造轮毂以及固定的内齿圈 c,太阳齿轮 a,旋转的内齿圈 c,而输出齿轮是由聚乙烯 2制造的。图 设计软件产生的行星齿轮机构的视图附录 2是描述测试结构的图形。因为这篇文章的主旨是介绍一种齿轮减速 机构 ,所以我们将整个行星齿轮系统分解成各个组成部分，以检测它的性能。第一个测试结构是驱动太阳齿轮的机械手 ,如前述，这个机械手是由芯片上的引擎驱动的，所以机械手的角速度是由引擎的输出速度决定的。 第二个测试结构描述的是太阳轮和行星轮与固定的内齿圈啮合的点。因为事实上内齿圈是固定的 , 所以行星轮将太阳轮输入的转矩传到固定的内齿圈，因此这个过程并没有经过行星运动。也就是说，行星轮只绕它自己的轴转动，而没有绕太阳轮转动。第三个测试结构是旋转的内齿圈，它安装在固定的内齿圈的顶端上，行星轮开始绕太阳轮旋转，这样就可以实 现行星传动。因此 ,一但输出齿轮被安装到旋转的内齿圈，也就是最后一个测试结构，整个减速系统完成。将行星齿轮成拆解成三个测试结构的过程中允许齿轮系统存在极微小的误差 。 A a in is in is so of is of To of of is is in is to 62:1 is an of in a is is of to to be 1) at by by be to 2) at of to We at a of of a , a a VT 1) is of a be a is in is is 2) is to is of 3) is a be a of 1. to by 2. a of 1. be at to mm 2. of be as .4 3. of or be on of is 4. 1. be or to 2. me 3. to be in 1. of 2. in / 2 / 3. 3. be of 14 to be 1. at 2. at to On is 5 no 0 0 of 0 3. 1. 2. of by by 1. of is 2. of of 3. of by 0% of on 0 be or to 4. be 40 0.1 55 5. to or of 6. to 100 by is or in is l is 00 so 0s so on to be be 0in to in a 0s is of it is is is or is on do in in to or as as on is at to in in of is to in a a in to or to be be in of As a of is In As a of in in by . in (1) is up =10, If 2) is a (3) is (4) is (5) on in in is of EW , in“ is by 2, 1 of is a it to 612) to to In to be 995 (=32), of 1) on 50W, =26, is as (2) 70W, =17.(3) of of 70W, =of 70W, =103 of 4) =64.(5) =11. In of 000at is a in to in it is to a of on a a an of 1. is so to 2 et 2 to a or a to by be is to T. 3 to s a 00, be To of by 4 is in is of a of a 5. to it is in by 5in to a of of be at of of it to 7et 7 an 2:1. of a 2,985,984:1 at of at is in It be to of of of in of An of to is to or of at as 1. of is 000, is 1). of is of a, b, c, d, of is An is a, by to d, is as an if in b, at at in in to b, c, d, is so a 3K 1. he of of an 4. is be by is of is a 5 is , 1). in is is to c, a, c, is in to is to is so 2. of is to a gear 毕业设计 (论文 )开题报告 题目： 轨道内燃螺栓扳手设计 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其 自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012 年 12 月 20 日 1毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 目背景 铁路运输是现代交通运输中一种重要的方式。从 1997 年至 2007 年，我国共实施了六次全路范围既有线路大提速，极大地改变了铁路运输的面貌，扩大了铁路运输在运输市场中的竞争力，取得了巨大的经济与社会效益。第六次铁路提速后铁路在既有线上将不再提速，中国铁路将着眼于建设高速客运专线，使其最高速度达到三百五十公里每小时。为实现这一目标，并保证列车运行的安全、正点，必须使铁道线路保持良好状态，这就是要按规定的计划对铁路线路，包括桥涵和隧道，进行经常的维修与保养，这项工作即为养路工作。其中，松紧螺栓是铁路工务部门 的重要作业项目。铁路上线路养护的主要任务是松紧扣件螺栓、接头螺栓和为螺栓涂油。线路扣件的主要作用是将钢轨和轨枕联结成框架结构，以抵抗钢轨与轨枕在水平面内发生转动及钢轨与钢轨之间的窜动，从而确保框架结构的整体性川。过去养路工作机械化程度低，劳动强度大，维修工作的质量差、效率低，不能适应日益增长的铁路运输任务的需要。工务上传统的松紧接头螺栓也都是使用手动扳手，不仅效率低，而且扭力矩很难满足技术要求。 究意义 传统的松紧螺栓依靠手工和单头作业方式，主要存在以下弊端 : 业效率低。一次只能紧松一 颗螺栓，往往按“隔三卸一”，或“隔三紧一”的方法进行流水作业，由四名或三名工刀顿序前进。这种作业方式造成了大量劳动力的浪费，增加了人工成本。 紧方式不合理。手工或单头作业方式通常采用非对称式拧紧，对钢轨两侧的扣件分两次拧紧，拧紧程度难以保持一致。 能精确控制拧紧扭矩。手工或单头作业方式都不能精确控制拧紧扭矩， 使得扣压力差异很大，质量差，返工现象多，缩短了维修周期，难以确保线路框架结构的整体性、稳定性。铁路工务部门现使用的机动扳手由于设计、制造上的原因，机械零件配合精度差，机体构造、 机件设置不合理，造成机件损坏频率高，检修难度大，配件昂贵。随着铁路技术的飞速发展，轨道重型化，列车高速重载是现代铁路发展的必然趋势。铁路调度提速的新战略给工务维修作业的时间间隔越来越少，而自无缝线路铺设使用以来，应力放散、轨距调整、螺栓涂油等作业项目需要反复松紧螺栓进行日常维修，工作量与日俱增，原有的作业方式，传统的维修手段主要依靠手工作业，劳动强度大、效率低，质量不高，已经很难满足线路质量的要求，远不能适应现代化铁路发展的要求。实现机械化养路，是提高铁路线桥维修质量提高生产率，确保列车安全正点，减轻工人劳 动强度的一项重要措施。经过对线路上 松紧螺栓工作现状的深入调研，发现要提高线路维修作业效率，提高铁道线路钢轨扣件和钢轨连接螺母的联结质量，适应轨道重型化、列车高速重载的发展要求，研制一种能够实现大扭矩同步拧紧，可以设定拧紧扭矩和自动控制扭矩的螺栓扳手，势在必行，对铁路线路的养护具有重大意义。 内外相关研究情况 螺栓扳手能旋紧或旋松各种大小力矩螺栓或锈蚀的螺纹紧固件。本论文所论述的是用于钢轨扣件和钢轨连接螺母旋紧或放松的轨枕用螺栓扳手，是铁路工务维修及抢修作业的必备工具。作为小型机械化养路设备，螺栓扳手 在铁路工务维修及抢修作业中应用广泛。目前，国内铁道线路上应用的机动螺栓扳手多为单头形式，使用灵活，维护方便，拧紧力矩较易控制。 自动轨道螺栓作业机采用计算机控制自动化程度得到明显提高，采用电传动方案，电动机带动套筒松紧螺栓，能实现同步拧紧，从相关参考文献资料来看，其不足之处是可调扭矩拧紧扭矩范围较小，必须配备专用发电设备，整机机构较复杂，操作界面单一，无法实时显示扭矩。国外已有单头螺栓扳手在铁路线路上投入使用。目前，单头内燃压螺栓扳手因其扭矩稳定，易于测量和控制，工作效率高，其研制工作引起了业界关注。国外由 于修建无渣铁路的需要，内燃扳手的发展趋于大型化，自动化程度也较高。 2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施。 要内容 绘制装配图、绘制全部非标零件图、主要零件工艺规程编制、说明书。 本设计的基本要求如下： 少于 3000 字的文献综述； 析并确定 最佳设计方案； 定总体方案设计，绘制装配图； 用 或 工具 软件辅助设计完成组合夹具整体结构 ； 阅和专业相关的英文资料，并按要求翻译成中文； 照要求的毕业设计说明书内容、格式及要求，撰写毕业设计说明书 。 题拟采用的研究方案 动力从内燃机经皮带传至二级减速器，将内燃机 960r/转速减至十几转每分，最后带动冲击机构运作，冲击头靠其上的两个凸爪冲击冲击杆，在冲击力的作用下，冲击杆经过套筒带动螺栓转动。当螺栓的阻力矩超过主弹簧传递给冲击头的力矩时，冲击头在滚珠的限制下，沿芯轴的 V 型槽后退，使得冲击头的凸爪与冲击杆的凸肩脱扣。这时冲击头在电动机的带动下，继续转动，凸爪跨过凸肩，在主压力弹簧的作用下，产生附加角速度，凸爪冲击凸肩，产生冲击力矩，经套筒再传至螺栓或螺母，从而使螺栓或螺母转动一个角度，如此循环冲击，直至完成螺栓 的装卸工作。传动装置完全封闭在铝制箱体内，润滑良好。机械换向进行倒顺转，并能使套筒静止不动。效率高，并能单独操纵。 究方法及措施 内燃螺栓扳手工作原理进行分析，包括二级减速器、冲击头、双向转动等。 析课题中所涉及的机械原理、机械传动和机构。 图书馆查阅相关的书籍、文献、资料、论文等。 求导师的指导和帮助。 期已开展工作。 点及难点 本课题所研究的重点在于如何将内燃机较高转速转换为双向较低的工作转速，并要求其结构设 计合理 , 性能优良 , 满足工艺要求 , 通用性强 , 应用范围广。难点在于冲击头的设计，必须确保其工作时能与螺栓接触完全，所产生扭矩能达到工作标准。 同时我们还需要 图工具来配合完成设计过程，装配设计形象直观。 为以 术为内核的辅助设计软件， 备了 为一个通用的工种设计平台， 拥有强大的人机交互能力和简便的操作方法，十分方便广大普通用户。 期已展开工作 阅了相关专业资料为设计做好准备； 成和分析最佳方案、文献综述； 析课题中所涉及的机械原理、机械传动和机构。 周次填写） 1 2 周：熟悉课题，根据老师给的资料运用 软件绘制零件图，翻译外文资料。 3 4 周：确定螺栓扳手类型及结构，绘制零件结构草图，准备开题答辩。 5 8 周：对部分零件尺寸及公差进行设计 计算，并运用 助设计完成二级减速器设计，准备中期答辩。 9 14 周：运用 成冲击头结构图，计算冲击头的工作载荷、装配图及零件图的 绘制等工作。 15 17 周：对所有图纸进行校核，编写设计说明书，所有资料提请指导教师检查，准备毕业答辩。 课题的深度、广度及工作量的意见） 。 指导教师： 年 月 日 系主管领导： 年 月 日 参考文献 l 陈漠臣 北京 :中国铁道出版社， 80 2 张伟，何发明，周强，张洪波 中国专利 3 董国兴 中国专利， 8， 4l 张忠，董国兴 动轨道螺栓作业机 2005， 2(2) 5 铁道部科学研究院养路机械化研究室编译 北京 :中国铁道出版社， 6 曾亿山 煤矿机械， 2005， 7 7 川田泽 北京 :北京航空航天大学出版社， 36 8 王田苗 北京 :清华大学出版社， 8 9桑楠 北京 :北京航空航天大学出版社 10 凌志浩 上海 :华东理工大学出版社， 11 方彦军，孙健 北京 :化学工业出版社 12 宋冬芳 术的研究进展 太原科技 13 u . 2002 14 C， Y. A J 1996， 1 15 Y J 2002 毕业设计 (论文 )中期 报告 题目 ： 轨道内燃螺栓扳手设计 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2013 年 3 月 18 日 文）进展状况 ： 根据内燃机的转速和工作头转速的 要求，计算出了减速器部分的具体数据 (图 1)，并 绘制 其装配 (图 2)。 图 1 成 2 级减速器中高速级大齿轮的零件图（图 3）。 成换向器结构设计（图 4）。 成一篇外文翻译。 击头工作原理及内部结构不是很清楚 。 解决措施： 准备在中国知网查取相关文献，并通过与老师交流解决该问题。 法实现双向转动。 解决措施：综合分析比较后 ，采用滑移牙嵌式换向器，该结构简单稳定，方便操作。 成冲击头的设计计算 ，并完成所有零件图的绘制工作。 成零件的设计计算并进行相关校核计算，撰写毕业论文 。 指导教师签字： 年 月 日 图 2 减速器装配图 图 3 高速级大齿轮零件图 图 4 换向器结构设计 本科毕业设计 (论文 ) 题目： 轨道内燃螺栓扳手设计 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 05 月 I 轨道内燃螺栓扳手设计 摘 要 铁路运输是现代交通运输中一种重要的方式。从 1997 年至 2007 年，我国共实施了六次全路范围既有线路大提速，极大地改变了铁路运 输的面貌，扩大了铁路运输在运输市场中的竞争力，取得了巨大的经济与社会效益。第六次铁路提速后铁路在既有线上将不再提速，中国铁路将着眼于建设高速客运专线，使其最高速度达到三百五十公里每小时。为实现这一目标，并保证列车运行的安全、正点，必须使铁道线路保持良好状态，这就是要按规定的计划对铁路线路，包括桥涵和隧道，进行经常的维修与保养，这项工作即为养路工作。其中，松紧螺栓是铁路工务部门的重要作业项目。铁路上线路养护的主要任务是松紧扣件螺栓、接头螺栓和为螺栓涂油。线路扣件的主要作用是将钢轨和轨枕联结成框架结构，以抵抗钢 轨与轨枕在水平面内发生转动及钢轨与钢轨之间的窜动，从而确保框架结构的整体性川。过去养路工作机械化程度低，劳动强度大，维修工作的质量差、效率低，不能适应日益增长的铁路运输任务的需要。工务上传统的松紧接头螺栓也都是使用手动扳手，不仅效率低，而且扭力矩很难满足技术要求。因此一种带离合分离装置可实现两种转速、扭矩可控的双头内燃螺栓扳手成为研究必然。 关键词： 双头内燃螺栓扳手；交通运输；铁路养护 he of is an of 997 007,of of of in It no on of a of To of on be in it is to in of of is a is an of of is of is to in so as to of of t of is is to a of 录 1 绪论 . 1 目背景 . 1 究意义 . 1 内外相关研究情 况 . 2 题研究的主要内容 . 2 题拟采用的研究方案 . 3 题研究的重点与难点 . 4 成课题的工作方案及进度计划 . 4 2 总 体计算 . 5 作方式的确定 . 5 体结构设计 . 5 作原理 . 5 要技术参数确定 . 6 3 动力部分设计 . 7 合器设计 . 7 4 传动部分设计 . 9 动方式的选择 . 9 动比的设计 . 9 动齿轮设计计算 . 10 一级齿轮计算 . 10 二级齿轮计算 . 16 三级齿轮计算 . 17 四级齿轮计算 . 20 五级齿轮计算 . 21 5 变速机构设计 . 22 6 换向机构的设计 . 23 7 扭矩控制机构设计 . 24 8 扭矩误差分析 . 26 簧力的稳定性 . 26 擦系数的稳定性 . 26 面棱角 . 26 9 传动轴校核 . 27 速轴设计 . 27 速轴计算 . 29 定各轴段直径 . 29 轴花键部位扭转计算 . 31 10 总结 . 33 参考文献 . 34 致 谢 . 35 毕业设计（论文）知识产权声明 . 36 毕业设计（论文）独创性声明 . 37 1 绪论 1 1 绪论 目背景 在工务部门，松、紧螺栓是线路日常养护和维修中的一项繁重劳动，在螺栓涂油、钢轨应力放散、钢轨铺设、换轨及改道等作业中，均涉及此项作业。随着列车运行速度的不断提高、列 车运行密度的不断加大，对线路扣件扣压力的要求不断提高，不但要求拧紧，而且要求扭矩一致，能够提供的天窗维修时间越来越短，传统冲击扳手已无法满足要求，因此研究一种安全、高效、可靠、扭矩可控、价格适中的螺栓扳手成为必然。目前国内外螺栓扳手的种类较多，从动力上分有电动、内燃及液压三种；从工作头数量上分有单头和双头两种。但目前运用的单头螺栓扳手均存在扭矩不可控的缺点，液压单头扳手虽然力矩可控，但价格较高，维修不便；双头扳手虽然实现了扭矩可控，但由于动力与传动装置之间没有离合装置，在工作过程中如出现卡帽现象，易发生憋车 现象，下道不及，造成安全隐患；并且目前双头扳手转速仅为 100r/右，不可调整，在拧紧过程中效率较低。 我国于 1999 年研制成功的内燃螺栓扳手以安全、高效、可靠等特点深受铁路部门的欢迎，已累计销售 10 余年，在郑州、沈阳、上海、武汉、西安等局以及地方铁路得到了广泛应用。十余年来不断进行产品的技术改造，积累了大量的经验，但由于冲击工作原理无法实现扭矩可控， 2009 年初，在路局科委、铁路处的大力支持下，我国致力于研制一种带离合分离装置可实现两种转速、扭矩可控的双头内燃螺栓扳手。 究意义 传统的松紧螺 栓依靠手工和单头作业方式，主要存在以下弊端 :作业效率低一次只能紧松一颗螺栓，往往按 “隔三卸一 ”，或 “隔三紧一 ”的方法进行流水作业，由四名或三名工刀顿序前进。这种作业方式造成了大量劳动力的浪费，增加了人工成本。拧紧方式不合理手工或单头作业方式通常采用非对称式拧紧，对钢轨两侧的扣件分两次拧紧，拧紧程度难以保持一致。 毕业设计（论文） 2 手工或单头作业方式都不能精确控制拧紧扭矩，使得扣压力差异很大，质量差，返工现象多，缩短了维修周期，难以确保线路框架结构的整体性、稳定性。铁路工务部门现使用的机动扳手由于设计、制造上的原因，机械零件 配合精度差，机体构造、机件设置不合理，造成机件损坏频率高，检修难度大，配件昂贵。随着铁路技术的飞速发展，轨道重型化，列车高速重载是现代铁路发展的必然趋势。铁路调度提速的新战略给工务维修作业的时间间隔越来越少，而自无缝线路铺设使用以来，应力放散、轨距调整、螺栓涂油等作业项目需要反复松紧螺栓进行日常维修，工作量与日俱增，原有的作业方式，传统的维修手段主要依靠手工作业，劳动强度大、效率低，质量不高，已经很难满足线路质量的要求，远不能适应现代化铁路发展的要求。实现机械化养路，是提高铁路线桥维修质量提高生产率，确保列 车安全正点，减轻工人劳动强度的一项重要措施。经过对线路上松紧螺栓工作现状的深入调研，发现要提高线路维修作业效率，提高铁道线路钢轨扣件和钢轨连接螺母的联结质量，适应轨道重型化、列车高速重载的发展要求，研制一种能够实现大扭矩同步拧紧，可以设定拧紧扭矩和自动控制扭矩的螺栓扳手，势在必行，对铁路线路的养护具有重大意义。 内外相关研究情况 螺栓扳手能旋紧或旋松各种大小力矩螺栓或锈蚀的螺纹紧固件。本论文所论述的是用于钢轨扣件和钢轨连接螺母旋紧或放松的轨枕用螺栓扳手，是铁路工务维修及抢修作业的必备工具。作为小型机 械化养路设备，螺栓扳手在铁路工务维修及抢修作业中应用广泛。目前，国内铁道线路上应用的机动螺栓扳手多为单头形式，使用灵活，维护方便，拧紧力矩较易控制。 自动轨道螺栓作业机采用计算机控制自动化程度得到明显提高，采用电传动方案，电动机带动套筒松紧螺栓，能实现同步拧紧，从相关参考文献资料来看，其不足之处是可调扭矩拧紧扭矩范围较小，必须配备专用发电设备，整机机构较复杂，操作界面单一，无法实时显示扭矩。国外已有单头螺栓扳手在铁路线路上投入使用。目前，单头内燃压螺栓扳手因其扭矩稳定，易于测量和控制，工作效率高，其研制工作 引起了业界关注。国外由于修建无渣铁路的需要，内燃扳手的发展趋于大型化，自动化程度也较高。 题研究的主要内容 绘制装配图、绘制全部非标零件图、主要零件工艺规程编制、说明书。 本设计的基本要求如下： (1) 不少于 3000 字的文献综述； 毕业设计（论文） 3 (2) 分析并确定最佳设计方案； (3) 确定总体方案设计，绘制装配图； (4) 运用 或 工具软件； (5) 查阅和专业相关的英文资料，并按要求翻译成中文； (6) 按照要求的毕业设计说明书内容、格式及要求，撰写毕业设计说明书。 题拟采 用的研究方案 图 装配图 动力从内燃机经皮带传至二级减速器，将内燃机较高 转速减至较低转速，最后带动冲击机构运作，冲击头靠其上的两个凸爪冲击冲击杆，在冲击力的作用下，冲击杆经过套筒带动螺栓转动。当螺栓的阻力矩超过主弹簧传递给冲击头的力矩时，冲击头在滚珠的限制下，沿芯轴的 V 型槽后退，使得冲击头的凸爪与冲击杆的凸肩脱扣。这时冲击头在电动机的带动下，继续转动，凸爪跨过凸肩，在主压力弹簧的作用下，产生附加角速度，凸爪冲击凸肩，产生冲击力矩，经套筒再传至螺栓或螺母，从而使螺栓 或螺母转动一个角度，如此循环冲击，直至完成螺栓的装卸工作。传动装置完全封闭在铝制箱体内，润滑良好。机械换向进行倒顺转，并能使套筒静止不动。效率高，并能单独操纵。 毕业设计（论文） 4 题研究的重点与难点 本课题所研究的重点在于如何将内燃机较高转速转换为双向较低的工作转速，并要求其结构设计合理 ， 性能优良 ， 满足工艺要求 ， 通用性强 ， 应用范围广。难点在于冲击头的设计，必须确保其工作时能与螺栓接触完全，所产生扭矩能达到工作标准。同时我们还需要 图工具来配合完成设计过程，装配设计形象直观。 为以 术 为内核的辅助设计软件，备了 术能够实现的基本功能。作为一个通用的工种设计平台， 拥有强大的人机交互能力和简便的操作方法，十分方便广大普通用户。 成课题的工作方案及进度计划 12 周：熟悉课题，根据老师给的资料运用 软件绘制零件图，翻译外文资料。 34 周：确定螺栓扳手类型及结构，绘制零件结构草图，准备开题答辩。 58 周：对部分零件尺寸及公差进行设计计算，并运用 助设计完成二级减速器设计，准备中期答辩。 914 周：运用 成冲击头结构图，计算冲击头的工作载荷、装配图及零件图的绘制等工作。 1517 周：对所有图纸进行校核，编写设计说明书，所有资料提请指导教师检查，准备毕业答辩。 2 总体计算 5 2 总体计算 作方式的确定 螺栓扳手按工作方式可分为两类：第一类为冲击式扳手，第二类为静扭矩扳手。前者具有效率高、结构简单的优点，但扭矩不可控，震动较大；后者具有扭矩可控可靠性高的优点，但结构复杂，所需功率较大。 经过以上两种工作方式对比，在考察了国内外一些螺栓扳手同时结合目前线路维修的实际情况，我们决定双头内燃螺栓扳手采用静扭工 作方式。 体结构设计 双头内燃螺栓扳手由 汽油机、离合器、变速箱、变速机构、换向机构、扭矩控制机构、套筒操纵机构、机架 等部分组成。其传动路线如图： 图 传动路线图 作原理 动力输出通过离合器和变速箱连接，将动力传给变速箱，离合器可实现动力的传递及切断；变速箱内采用齿轮传动，可实现转速的变换，并通过锥齿轮将水平旋转运动变换为垂直旋转运动，通过换向机构改变输出轴的旋转方向，换向机构设置正、反、中间三个档位。当反向旋松螺母时，离合器上下牙嵌 的啮合面为垂直平面，扭矩不可调整，当正向拧紧螺母时，上下离合器啮合齿面毕业设计（论文） 6 为斜齿面，通过调整弹簧的预紧力来改变输出扭矩的大小，实现扭矩的控制。 要技术参数确定 经过广泛调研，根据线路实际情况，确定双头内燃螺栓扳手的主要技术参数如下： 汽油机： 600r/速： 100r/50r/紧扭矩 (可调 )： 80矩控制精度： 10% 旋松扭矩：大于 2 动力部分设计 7 3 动力部分设计 作为一种线路维修设备， 由于作业距离较长，设备搬运不便，对动力的选型较为严格。一是保证足够的功率，二是保证重量较低。基于以上两点，确定采用内燃机作为动力。由于柴油机的重量、噪音较大，尽管其拥有价格低、使用经济性较好、维修方便的优点，仍不宜采用。汽油机具有重量轻、噪音低的突出特点，随着汽油机的国产化，其采购价得到了降低，目前已得到了广泛应用，决定采用汽油机。 最终套筒需要的拧松扭矩为单头 300Nm,转速 100150要功率N=Tn/9550=虑到传动效率问题，选用 油机。该汽油机的功率为 速为 3600出扭矩为 量为 16 合器设计 在汽油机与变速箱之间设置离合器主要有两个目的：一是为了在启动汽油机时负载与汽油机分离，实现无负载启动；二是在负载过大时，负载与汽油机分离，保护汽油机。 根据上述作用，结合双头螺栓扳手的结构情况，要求所选离合器必须具有结构简单、外形尺寸小、传动平稳可靠、可直接与汽油机连接、适应高转速等特点。经对比选择，确定选用离心式离合器。其结构简图如图所示： 图 离心 式离合器结构示意图 计算转矩 ( 传递转矩所需离心力 c/( ( 闸块有效离心力 Q=(90000 ( 摩擦面压强 P= ( 毕业设计（论文） 8 预定弹簧力 T=0000 (其中： 工作储备系数，一般取 ； 传递的扭矩， N R闸块外半径， z闸块数量； b闸块宽度，取（ 12） d， d主动轴直径， n正常工作转速 ， r/ 始结合转速， r/般取 n； m单个闸块质量， 摩擦面摩擦系数； 擦面许用压强 ， N/ 闸块所对角度， 经计算， 双头螺栓扳手所采用的离心式离合器的计算结果如下： 计算转矩 935N递转矩所需离心力 块有效离心力 Q=j=擦面压强 P=p=200N/定弹簧力 T=0000=上述公式可以看出，所选离心式离合器符合要求。 4 传动部分设计 9 4 传动部分设计 动方式的选择 可以实现动力传递的方式有齿轮传动、皮带传动、链传动等。根据双头螺栓扳手的使用状况及现场情况，要求在较小的空间实现较大传动比，并实现传动方向的改变，传动比稳定可靠。基于以上几点，决定采用齿轮传动。 动比的设计 根据第三部分设计结果选用 油机，其工作转速为 3600r/据第二部分技术参数需要输出低速 100r/高速 150r/种转速，由此可得：低速总传动比 =3600/100=36，高速总传动比 =3600/150=24。 齿轮结构布置见图 1 所示，分为五级传动，各级传动设计见表 表 级传动比 第一级 第二级 第三级 第四级 第五级 第二级高速 第二级低速 模数 2 2 2 4 3 3 主动轮齿数 24 24 17 8 17 35 被动轮齿数 40 40 47 35 35 36 传动比 矩 低速扭矩 速扭矩 速 低速转速 速转速 际总传动比 i 高 =i 低 =际输出转速 n 高 =3600/39.9 n 低 =3600/际输出扭矩 T 高 =129 低 =3600/文） 10 动齿轮设计计算 一级齿轮计算 材料：高速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为250速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为 220 查机械设计基础第 166 页表 11： )(5 01l i m M )(1 1682l i m M (第 165 页表 11： S ， S 。 M p aM p 501l i ， )( 682l i p 。 (查机械设计课程设计手册第 168 页表 11得： M 911 ， M 822 。 故 M p 5911 ， M p 22li 。 (按齿面接触强度设计： 9 级精度制造，查机械设计课程设计手册 第 164页表 11：齿宽系数 45.0a 计算中心距：由机械设计课程设计指导书课本第 165 页式 11： 23111 (考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取 64 ， 2m ,取 4，0。 实际传动比： 传动比误差： %5% 。 (齿宽： 18 ab a 取 )(1821 高速级大齿轮 )(182 ， 402 ； 高速级小齿轮 )(181 ， 241 。 验算轮齿弯曲强度：查机械设计课程设计手册第 167 页表 11： 按最小齿 宽 18b 计算： 12 312 11 1 8 824218 p ( 2112 p (所以安全。 齿轮线速度： 毕业设计（论文） 11 )/(0 4 7 7 ( (1) 设计参数 传递功率 P=传递转矩 T=齿轮 1 转速 600(r/齿轮 2 转速 160(r/传动比 i=动机载荷特性 匀平稳 工作机载荷特性 微振动 预定寿命 H=2000(小时 ) (2) 布置与结构 结构形式 式 齿轮 1 布置形式 臂布置 齿轮 2 布置形式 臂布置 (3) 材料及热处理 齿面啮合类型 齿面 热处理质量级别 Q=轮 1 材料及热处理 0轮 1 硬度取值范围 0轮 2 材料及热处理 5 齿轮 2 硬度取值范围 54) 齿轮精度 齿轮 1 第 组精度 齿轮 1 第 组精度 齿轮 1 第 组精度 齿轮 1 齿厚上偏差 齿轮 1 齿厚下偏差 齿轮 2 第 组精度 齿轮 2 第 组精度 齿轮 2 第 组精度 齿轮 2 齿厚上偏差 毕业设计（论文） 12 齿轮 2 齿厚下偏差 (5) 齿轮基本参数 模数 (法面模数 ) 端面模数 旋角 = ) 基圆柱螺旋角 b= ) 齿轮 1 齿数 4 齿轮 1 变位系数 轮 1 齿宽 齿轮 1 齿宽系数 轮 2 齿数 0 齿轮 2 变位系数 轮 2 齿宽 齿轮 2 齿宽系数 变位系数 准中心距 实际中心距 A=齿数比 U=面重合度 =向重合度 =重合度 =轮 1 分度圆直径 齿轮 1 齿顶圆直径 齿轮 1 齿根圆直径 齿轮 1 齿顶高 齿轮 1 齿根高 齿轮 1 全齿高 齿轮 1 齿顶压力角 ) 齿轮 2 分度圆 直径 齿轮 2 齿顶圆直径 齿轮 2 齿根圆直径 齿轮 2 齿顶高 齿轮 2 齿根高 齿轮 2 全齿高 毕业设计（论文） 13 齿轮 2 齿顶压力角 ) 齿轮 1 分度圆弦齿厚 齿轮 1 分度圆弦齿高 齿轮 1 固定弦齿厚 齿轮 1 固定弦齿高 齿轮 1 公法线跨齿数 齿轮 1 公法线长度 齿轮 2 分度圆弦齿厚 齿轮 2 分度圆弦齿高 齿轮 2 固定弦齿厚 齿轮 2 固定弦齿高 齿轮 2 公法线跨齿数 齿轮 2 公法线长度 齿顶高系数 隙系
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